Das „grüne“ Rechenzentrum der Universität Paderborn
Spitzenforschung ist auf hochleistungsfähige Technologie angewiesen, um Lösungen für die Herausforderungen von heute und morgen zu entwickeln. High Performance Computing gilt als Schlüsseltechnologie für zahlreiche Wissenschaftsbereiche. Ein Schlüssel, um die Energieeffizienz solcher Hochleistungsrechenzentren zu steigern, sind moderne Gebäudeautomationslösungen, wie die Zusammenarbeit der Universität Paderborn mit Bosch Energy and Building Solutions zeigt.
In Paderborn wird die Zukunft mitgestaltet. Die Universität Paderborn gehört mit seinen Supercomputern „Noctua 1“, „Noctua 2“ und das für Ende 2024 geplant System „Noctua 3“ zum Verbund für Nationales Hochleistungsrechnen (NHR) in Deutschland. Und damit zur Spitze des universitären High Performance Computings (HPC). Die geballte Rechenpower setzt die Universität unter anderem für die Quantensimulation und Simulation von atomistischen Systemen ein und stellt die Schlüsseltechnologie anderen deutschen Hochschulen kostenlos zur Verfügung.
Weltweit werden in Hochleistungsrechenzentren komplexe Simulationen durchgeführt, um Phänomene in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen wie Klimamodellierung, Astrophysik, Genomik, Materialwissenschaften zu verstehen. Durch die Leistung der Supercomputer können große Datenmengen verarbeitet und komplexe Modelle simuliert werden. Die HRZ spielen auch beim Trainieren für maschinelles Lernen oder für künstliche Intelligenz eine Rolle oder unterstützen Cloud Computing und die Analyse von Big Data.
Hochleistungsrechen-zentrum der Universität Paderborn
Das Hochleistungsrechenzentrum der Universität Paderborn nimmt mit seinen Noctua-Superrechnern eine Vorreiterrolle im Bereich effizienter und innovativer HPC-Systeme (High Performance Computing) ein. Es ist Teil des bundesweiten Verbundes des Nationalen Hochleistungsrechnens und gehört zu den Top 10 der akademischen deutschen Rechenzentren. Forschende können daran teilhaben, indem sie die Rechenkapazitäten für Simulationen nutzen. Dabei analysieren die Rechner in kürzester Zeit riesige Datenmengen und erkennen Muster. Allein „Noctua 2“ hat 140 000 Prozessorkerne.
Fotocredit: Universität Paderborn Leonie_Oberheuser
Gebäudeautomation kommuniziert zwischen Rechenzentrum und Liegenschaft
Doch Hochleistungsrechner benötigen viel Energie und erzeugen gleichzeitig viel Wärme. Um die Energiebilanz optimal zu gestalten, baut die Universität Paderborn auf die Expertise von Bosch Energy and Building Solutions. Bosch hat die Gebäudeautomation in den Rechenzentren, aber auch in den übrigen Gebäuden der Campus-Liegenschaft optimiert und synchronisiert die beiden dynamischen Automationssysteme, um die umliegenden Gebäude mit der Abwärme der Rechenzentren zu heizen. Durch den Einsatz von CO2-neutral erzeugtem Strom und einer innovativen Kühlungslösung kann die Uni Paderborn rund 10 000 Tonnen CO2 pro Jahr einsparen.
Innovative Kühlung reduziert Energieverbrauch um zwei Drittel
Eine Besonderheit des Gebäudes X, in dem sich die Noctua-Rechner befinden, ist die stromsparende Kühlanlage mit zwei Megawatt Leistung. Sie sorgt dafür, dass die Superrechner das ganze Jahr hindurch im optimalen Temperaturbereich arbeiten. Bei der direkten Wasserkühlung liegen die Wassertemperaturen bei über 35°C. Dadurch ist sogar an heißen Sommertagen keine Kälteerzeugung durch Kühlaggregate notwendig. Hierdurch konnte der Energiebedarf für die Kühlung um rund zwei Drittel reduziert werden. Die Gebäudeautomation steuert die Prozesse und stellt so einen energieeffizienten Betrieb sicher.
Abwärme wird zum Heizen der Campus-Gebäude genutzt
Häufig bleibt die Abwärme, die bei der Kühlung in Rechenzentren anfällt, ungenutzt – und damit geht eine wertvolle Energiequelle verloren. Durch die direkte Anbindung des Rechenzentrums an den Campus, wird sie aus dem Gebäude X heraus bedarfsgerecht in das Wärmezentrum und den Campus geleitet. Die Gebäudeautomation hat den Wärmebedarf der einzelnen Gebäude auf dem Campus ständig im Blick und verfügt gleichzeitig über die Daten, wie viel Wärme aus dem Rechenzentrum zur Verfügung steht. Die Automationssysteme kommunizieren miteinander und so fließt nur genau so viel Wärme in einen Hörsaal oder ein Büro, wie dort in dem Moment tatsächlich gebraucht wird. Das steigert die Energieeffizienz, senkt die Kosten und reduziert die Emissionen.
Gebäudeautomation deckt Störungsszenarien ab
Der Betrieb der Rechenzentren wird nicht nur effizienter, sondern auch sicherer gestaltet. Redundante Automationsstrategien decken alle Störungsszenarien ab. Ein Netz an redundanten Anlagen mit doppelten Versorgungswegen sorgt dafür, dass die Kühlung selbst dann sicher läuft, wenn Anlagen, Automationseinrichtungen und Netzwerke ausfallen sollten.
Fazit
Die Gebäudeautomationslösung ist ein wichtiger Baustein im energieeffizienten Betrieb des Hochleistungsrechenzentrums an der Universität Paderborn. Diese leistet hiermit einen wichtigen Schritt zum nachhaltigen Betrieb solcher Forschungseinrichtungen und nimmt damit eine Vorbildfunktion ein. Der Branchenverband Bitcom hat 2023 ermittelt, dass der Strombedarf für Rechenzentren in Deutschland bei 18 Milliarden kWh/Jahr liegt. Gleichzeitig hat sich die Effizienz versechsfacht, weil die Rechenleistung durch die Weiterentwicklung von Hard- und Software stärker gestiegen ist als der Strombedarf. In der Nutzung von Abwärme sieht die Branche einen wichtigen Hebel für den Klimaschutz. Rein rechnerisch könnten mit der Rechenzentrumsabwärme jährlich rund 350 000 Wohnungen mit Wärme versorgt werden. Das Energieeffizienzgesetz (EnEfG), das Ende 2023 in Kraft getreten ist, fordert eine verstärkte Abwärmenutzung und mehr Energieeffizienz beim Betrieb von Rechenzentren. Abwärme soll so weit wie möglich vermieden und die entstehende Abwärme so gut wie möglich wiederverwendet werden.
